（机械工程专业论文）飞轮动平衡机测试系统的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 发动机飞轮的主要功能足将发动机做功行稃的部分能豪储存起来以克服其 他的 - - j “n 的| ；h 力，使1 1 1 1 j f ；均匀稳定旋转。，发动机可以说足挥动山机械的心朋e 越 质量好坏、运行状态点接影响整个机械系统的性能，而b 轮作为发动机r 1 i 质量最 大的运动部什其动平衡的精度对发动机性能起着关键作用，冈此要使发动机运行 m 甲稳的状态f ，就要尽可能提高其飞轮的动5 i z 衡精度。 本文结合发动机飞轮动平衡机原装测试系统老化毁坏以及被甲衡飞轮要求 的、p 衡耥度根i 岛的情况，川重新购买工控机、采集k 、传感器组成的幼5 l ，衡机数 字测试系统特代原来的模拟测试系统，使得动平衡机的f 衡精度人人提高。 本文对发动机b 轮动平衡机测试系统的开发，重点研究了以下j l 个方而： s r 衡机测试系统总体方案确定；动甲衡机系统测试软硬件的设计；系统现场! | 芝机 调试。建立动平衡测试系统，完成软件设计，关键和难点是提高系统的动平衡测 试精度并通过比较可行的数据处理方案准确的求出去重最的大小和去重的协晟。 软1 _ | l ：的改计粟刚i f i ：i 向对象的软f l ：技术，以w i n d o w s 为软1 ，| ：j r 台，以v c + + 6 0 作为程序开发工具。_ 丌发的软件界面赢观、友好、易用而日编写的软件使得原 有的动平衡机集通j 】动平衡机和专用动，f ，衡机为一体，扩展了其现有功能。 软件的特色是对系统不甲衡量测量和系统灵敏度校准采用了一种新颖的校 准方法，使得动、l ，衡机的定期系统校准方便i 町准确。 关键词平衡机；动平衡：测试系统：测试精度 生堑查兰堡竺! 兰堕苎 a b s t r a c t m a i nf u n c t i o nt h a tl a u n c ht h em a c h i n ef l y w h e e li st ow i l ll a u n c h p a r t so f e n e r g i e st h a tm a c h i n ed ot h er o u t eo ft r o v e lo fs t o r et ot h er e s i s t a n c et h a to v e r c o m e t h eo t h e rr o u t eo f t r a v e l ，m a k i n ge v o ns t a h i l i t yi ns t a l ki ns o n gr e v o l v e d l a u n g h i n l lt h e m a c h i n ec o u l d sb et h em e c h a n i c a lh e a r ti ne a c hm o t i v e , i t sq u a n t i t yq u a l i t y , c i r c u l a t e t h ef u n c t i o no fd i r e c ti n f l u e n c ei na p p e a r a n c ew h o l em a c h i n es y s t e m ，b u tt h ef l y w h e e l i su s e da st ol a u n c ht h em a c h i n et h ei n s i d et h eb i g g e s ts p o r ti nq u a n t i t yp a r t si t sm o v e t h ee q u i l i b r i u ma c c u r a c yt ol a u n c ht h em a c h i n ef u n c t i o nr i s e sk e yf i m c t i o n ，t h e r e f o r e m a k el a u n c ht h el u c kl i n ei su n d e rt h es t e a d ya p p e a r a n c e ，w i l li n c r e a s e sp o s s i b l yi t s f l y w h e e lm o v et h ee q u i l i b r i u ma c c u r a c y t h i st e x tc o m b i n a t i o nl a u n c h e st h em a c h i n ef l y w h e e lm o v e st h ea g i n g d e f o r m a t i o ni ns y s t e mi nt e s ti no r i g i n a lp a c k a g ei ne q u i l i b r i u mm a c h i n ea n dd r i v e v e r yh i g hc i r c u m s t a n c ei ne q u i l i b r i u ma c c u r a c yt h a te q u i l i b r i u mf l y w h e e lr e q u e s t ，u s e t op u r c h a s ea f f e s ht h ew o r kc o n t r o l st h em a c h i n e ，c o l l e c tt h ec a r da n ds p r e a dt of e e l t h em a c h i n ec o n s t i t u t e so fm o v et h ee m u l a t i o nt h a te q u i l i b r i u mm a c h i n ea r i t h m e t i c f i g u r et e s ts y s t e ma c tf o rt ot e s tt h es y s t e mo r i g i n a l l y , m a k ee q u i l i b r i u ma c c u r a c yt h a t m o v et h ee q u i l i b r i u mm a c h i n ei n c r e a s e sc o n s u m e d l y t h i st e x tm o v e st ot h em a c h i n ef l y w h e e lt h a tl a u n c ht h ee q u i l i b r i u mm a c h i n et h e d e v e l o p m e n tt e s t st h es y s t e m ，t h ep o i n ts t u d i e db e l o waf e wa s p e c t s ： t h et o t a lp r o j e c ti ns y s t e mi n t e s t i ne q u i l i b r i u mm a c h i n ei sc e r t a i n ；m o v et h e d e s i g no ft h es o f th a r d w a r ei nt e s t i ns y s t e mi ne q u i l i b r i u mm a c h i n e ；s y s t e mt h es p o t w h o l em a c h i n ea d j u s t st ot r y e s t a b l i s ht om o v et h ee q u i l i b r i u mt e s ts y s t e m ，c o m p l e t e t h es o f t w a r ed e s i g n k e y 、v j t hal i t t l eb i td i f f i c u l ti si n c r e a s et h es y s t e mm o v et h e e q u i l i b r i m nt e s ta c c u r a c ya n dp a s st h ev i a b l ed a t ah a n d l e st h ep r o j e c ta c h i e v e a c c u r a t e l yo u tt h es i z eo f t h ew e i g h tw i t hg ot oh e a v yp o s i t i o n t h ed e s i g na d o p t i o no f t h es o f t w a r ef a c e st ot h es o f t w a r et e c h n i q u eo f t h eo b j e c t ， r e g a r d i n gw i n d o w sa st h es o f t w a r et e r r a c e ，w i t hv c + + 6 0c o n d u c ta n da c t i o n s p r o c e d u r e sd e v e l o pt h et 0 0 1 r h es o f t w a r ei n t e r f a c eo ft h ed e v e l o p m e n tk e e p st h ev i e w , a m i t ya n du s ee a s i l y , a n dt h es o f t w a r et h a tp l a i t w r i t em a k e sm o v eo r i g i n a l l y p o s s e s s e dt h ee q u i l i b r i u mm a c h i n eg a t h e r st h ei ng e n e r a lu s em o v i n gt h ee q u i l i b r i u m m a c h i n et om o v ee q u i l i b r i u mm a c h i n ea st h ei n t e g r a lw h o l ew i t ht h ea p p r o p r i a t i o n ， e x p a n d i n gi t sc u r r e n tf u n c t i o n t h es p e c i a lf e a t u r e so ft h es o f t w a r em e a s u r e st ot h es y s t e mu n b a l a n c e m e a s u r e m e n tw i t ht h es y s t e mt h ei n t e l l i g e n tas c h o o la l l o w e dt oa d o p tak i n do fn o v e l s c h o o la l l o w st h em e t h o d ，m a k i n gp e r i o d i c a ls y s t e ms c h o o lt h a tm o v et h ee q u i l i b r i u m i l l ib 尔大学硎j ：学位沦叟 m a c h i n ea l l o w e di h ec o n v e n i e n c eb u ta c c u r a t e k e yw o r d t h ee q u i l i b r i u mm a c h i n e ；m o v ee q u i l i b r i u m ；t e s ts y s t e m ；t e s ta c c u r a c y 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：盛罄 日 期：坚堡：堑 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蟑导师签名：喜耄出日期： i 鲜s 压 f i f 东火学硕士学位论文 _ | 目| | _ | 目i _ t _ 目s s _ | | 目目自自_ 第1 章绪论 1 1 飞轮动平衡的意义和回转体的平衡原理 1 1 1 飞轮动i 甲衡的意义m 随着 = ：、| k 生产和科学技术的e 速发展，并利，旋转机械的工作转速愈束愈高。 此，转动零1 ，| = 及转动机械的、i 衡校l f i 问题就越发l i ! 褂重要，、f 衡技术也逐渐形 成r 一j 独蚴均学科。现代社会机械逐步向精密化、人型化、岛逃化的方阳发聪， 这时现的域人障删就足振动问题。 仡产，i 三振动的符种原圳t h 无论是过去还魁现在最 ! 受的是“，1 i 、| ，衡力”。 据资料统汁表明辑类旋转机械由于不平衡而失效的约f 旨3 0 。一些设备，特 别足流秤j _ 1 = 的人型设帑f _ i 杖，i - 故障，将会0 l 起链锁反虑，造成i j 人的经济损 失，如1 9 8 6 年4 月2 7 丌前苏联切尔诺贝利核i 乜站四弓机组发乍严重振动造成核 泄漏，致使2 0 0 0 多人死1 = ，经济损失达3 0 亿荚元。为了避免产生这种现象，就 需要改善运动部分的质景分布，消除不，i 衡力，这就要做动甲衡。 机器f 转了1 ：、| ，衡足。起机器振动的卜要原f = l ：f 之一。? _ 叫转体的质髓对j 轴 线小均匀，1 i 对称分布时，则其转动时就会产k 彳i 、l r 衡离心惯性力，使机器产7 扛 振动, f i i | 噪声。引起转了刁i 、r 衡的原崩很多，大致有以k j l , 点： ( 1 ) 山于材质，1 i 均匀、制造精度较差以及结构特点，均可造成转了小，r 衡； ( 2 ) 妇于安装f i 良造成偏心，而导致f i f 衡； ( 3 ) 由于配合松动丽导致不平衡； ( 4 ) t i t 于轴弯f m 或轴变形而导致不平衡； f 5 ) f l 于转予运行过程中旋转零件的磨损、腐蚀、剥落而导致不平衡； f 6 ) 什i 于旋转零件的断裂，而导致的不甲衡。 需要强训的一点足引起转了一i r 衡的原闲虽蜕很多，1 ：| _ i 是第一点却足前要 的，i 稠为如粜转予刚一制造i i j 米就不f 衡的话，想通过做动甲衡以外的方式使转 了s f ，衡儿乎部足徒劳的，冈此转了在装配之前的动l 衡这一步骤j e 常天键。 转子的不s p 衡会产生下列不良后果： ( i ) ，引起转了的反复弯l j l l 和内应力。这种弯f i l l 和内应力会引起转了疲劳。 ( 2 ) ，j i 起机器振动i | 椠， f ，会加述j = l l j 承等零什的磨拟，降低机器f 门寿命f i l 效率。 ( 3 ) 转予的振动会通过轴承、基座传递到基础羽i 建筑物i 二，恶化j ，j i ：作环境。 发动机1 毛轮姓n i i 轴后端的较人倒啦状零仆，起着以l i 的功能： 东大学硕! i ：学何论史 ( 1 ) 将发动机做功行程的f i ；分能融储存起束以克服其他的行稃的附力，使l | 1 i 轴均匀稳定旋转； ( 2 ) 通过安黻计j l s 轮l ：的离合器，把发动机和汽下传动系统连接起水： ( 3 ) 装存与起动机接合的曲圈，便于发动机起动。 1 1 2 回转体的平衡力学原理及分析 机器r i 绕轴线旋转的举f i i f 仆，称为机 i f 的转了。蜘j 聚一个转了的质讲分砷j 均 匀，制造和i 安装都合格，则运转足平衡的。任 t 一个转了作匀速转动时，体内无数个质点邢 将产生惯性力，组成一个惯性力系，如l 萼l ( 1 1 ) 所示。假设这个转了足刚体，设转予以角速 度国作匀速转动，则体内任一质点m i 将产7 i 三一 个离一c , t g , f t j j ， 巧= m ，袖2 ，转了产生的所( i 彳】，i 组成一个惯怕：力系。 假设该转予是不平衡的，其质最为m ，取 转轴f ：任一点0 为坐标原点，转轴为：轴，并作 h 1 相应的o x 及o y 轴。转予质心的坐标为 c ( x 。，y ，：，) ，设转予巾任一质点卅，的坐标为( 闻1 1 ) 小，( 工，y ，z ，) 对转轴的矢径为，j ，则 r t = x | i + y j 耳= m 。劢2 = 朋，脚2 ( 一i + y ，了) ( 卜i ) 它在坐标j t l l i j t 的投影为 ，i ：= 脚f 2 ，0 = ，”j 删。y ，乞= 0 ( i - - 2 ) 诸f 构成一个惯性力系，将这个惯性力系雅标原点。笳化，可得到i 欠和，1 ：矩。 瓦= 巧 l “东大学硕士学协沦文 砺= m ( 巧) ( 卜4 ) 再2 善确由2 ( _ i + y s ) = 功2 j 蕃m j x ，+ c 0 2 瑶啊m ( 1 - 5 ) ，= lb l卜l 、 = c 0 2 跳。+ 国2 - 砂。= 彩2 m ( x 。i + 儿了) = m 0 0 2 i 主矢的人小和方向和转了质心的离心惯性力千h 等，和简化 i 心d 的佗箨元关。 m o = m ：+ m ；+ m ；= 出2 j 二+ ，三( 1 - 6 ) 转于、r 衡的必要和充分条件足惯性力系向任一点简化的乙尖_ 币1 11 ：赳! 都为0 竺。篓( 0 2 砖：0 ”， m 。=p 歪+ j 三= l 由心= 0 ，则= 0 ，这说i 儿砭转轴必定通过质一c , c ：山m 。= 0 ，则j 。= ，。= 0 ， 欲消除转了对轴承的动门i 力必须也只需旋转轴足q 1 心惯性1 确h 。耍使一个不、i 衡 转了变为f 衡转了，就耍存某个局部_ j ! j 甩或女醺。 根据转了惯性力系简化的结果不同，转子不下衡的可能情况有下列删种： 一、t 矢1 i 为零】j 矩为零 印r = 明i 印2 0 ： g o = o ，。= j 。= 0 合力通过质心c ，转轴z j 中心惯性主轴平行，这种不平衡相当于把一个不 甲衡质鼠血f 侥一个质鼹为肼、卜径为r 的、| ，衡转了的巾心p 衙j ：。如图( f 一2 ) 所 示，这时转了新的的重心位于原重心i f 而内，离原来重心的距离为 e ( 8 = 若为偏心距) 新的f l i j 。惯性 ：轴和转动 轴线始终，l ，行，当转了旋转时，山偏心距引起 离心惯性力使轴承产生振动，要使这个转予平 衡。只需在i 一心、i t i f f f 内m 的对称位搬上加一棚 等的质量或将原先肌的小除出，转了就f 衡r i 主矢和j i 矩均不为零但互相垂鼠 这时，l i 矢r ，存合力偶的作川而内，1 1 于r 0 纸0 ，似r 上 彳。，故可在进一 步阳”点简化，使m o - - - - o ，眨= 代0 ，这 样，新的j ：欠r 便是惯性力系的俞，j ，作用 ( 阁1 - - 2 ) 4 甜 l 历= 山东大学硕士学位论文 于0 点( 不足质心) ，这种不- , r - 衡棚当于在平衡转予m 的过0 。点的甲1 _ f i ij ：j j l li ：不 、r 衔聃m ，这时t t 心拶 性l i 轴f | | 转动轴线牛交，如罔( 1 3 ) 所示。t i ij 二转了的 惯性力系最后的简化仍可得到一个单独的合力。；p 衡这科i 车 予也只需在某一个特 定，i ，而l ：j j i ii ：戏除出一定的质喂便可达到、r 衡。 j 三、一k 尖为零誊躲不为零 叩再= m r 。e 0 2 = o ，= o 故转动线通过质心。 所以 彳。o 、，。o ，。0 。 这说明惯性力系仑成为一个力偶，, - 1 p tj l ： i 两 等 个等重最的不；r 衡分别加至f 衡转了的两个甲而 上柬表示，如图( 1 4 ) 所示。中心惯性：t - ：! h l l 通 过质心i 酊j - j j 4 ：动轴线成口。角。要弧1 衡这种转予小 ( 闻i - - 4 ) 能单独用一个力求p 衡，叩不能在个下而卜加重或去重，而必须存两个1 1 而卜 加i 重或七堕。 州、一r 欠：f l i j ：矩均f i 为零n 小年1 f ：响甑 即瓦o ，一m o 0 其霸口一m o 不垂直， 这足嫩f f 遍的小、l ，衡现象，如罔( 1 5 ) 所示。转了的巾心惯性1 ：车i | 1 年i i 车动j = l l | 线既 不平行也不相交，这种不平衡不可能再进 丘7 。 l 、i 趟 7 ：， i 。 。， ( 图i 一5 ) 一步简化，【! | j 以：可能j 扯某一个、i ，1 1 1 i f j ：、i f l j 必须在两个或多个、h ml j j i i 巫戏上匝 才能使转予、i ，衡。 1 2 飞轮动平衡机的发展概况和发展前景1 2 1 1 7 i 随着电了t 、忆f t l 子测最技术的迅速发展，不平衡最的f “测系统才迅速的取 代j ，机械测髓系统，使甲衡机的机械机构简堆了。5 0 年代初期的幼i i ，衡机的测 量系统还在使j 】机械谐振式滤波羽il c 谐振式滤波方式。5 0 年代巾期开始使川有 源滤波器，这一时期f 代表性的产品就足朋r c 带通滤波器配合闪光测幸装嗣， 构成c j j 光测棚戌t 1 7 衡机，闪光式f 衡机只仃较好哟幅值军i f f i l ：测暾丰；i f 度年| l 对机 械式r 衡机求蜕，闪光式。r 衡机的出现标志蘅- t 衡机制造技术甫j 很人的提高。 5 0 年代未到6 0 年代初，动i l 衡机的滤波技术义订r 新的发肥，这时j t j l i j 时出现r 瓦特表式滤波器和同步检波式滤波器，使甲衡机的性能提岛r 一人步， 、i ，衡机幅俩 i n t l 位测寄t 梢j j ：都有r ! u ! 茗的提岛。使、l 衡机进入r 一。个新的，现代 山东人学硕士学位论文 化的发肥阶段， 随着传感器技术羁f f ur 汁筇机技术帕j ! 步发腱，测试技术和控制技术也发 t 莆r i 新月异的深刻变化。动s 7 衡机的测试系统将全部数字化，替代原有的模拟 测b 系统，控制的柑度i t ! z 越来越岛，蜮后必然甘敛动、 ，钠测试和校i f i 体化机的 出蚬，即测量和加t 都i - f _ f 汁算机控制，这种一体化平衡机目前冽内还没有，其平 衡过柙有双t 位( 测讯、校i e ) 或六t 伉( 测最、校币、测帚、校讯、测f l ：、校 花) ，一体化机的门益完蒋不仅会使动甲衡效琦爱人人提高，也会使动咿1 衔精度迈 l 二一个新台阶。 掰一方而，| f ij ：动、r 衡的竣求越水越- 藩，规订：越牦邀多的对旋转机械进行迮 切合实酗：的现场i 1 7 衡，现场、| ，衡址针对安装女r 的旋转机械i f i 进行的，i l ij 二址相：实 际工况。v 的整机甲衡，闪此能真正的达到机械的平衡，现存的甲衡技术正向现场 直接、r 撕方发j 也。 1 3 飞轮平衡机的基本构成1 “i b 轮、f 衡机 ；要是m 机械振动系统、骆动系统平电气测茕系统点人部件组成。 机械振动系统1 ：舞足i i 彳桥架( 拼卧一弋机) 、r u f f - 白台i f f ( 指、，：代机) 、弹 性f l ：、羊i | 转了支承轴承等f ! | _ i 成。功能足支撑转子，_ i = l ：允许转予存旋转时产“i 有规 则的振动。振动的物理最经传感器检测后转换成电信号送入测最系统进行处理。 驱动系统的卜要功丌j 足驱动转予，使转了杓i 额定的甲衡转速下旋转。它扣要 山驱动 u 机、传动机构、增减速器等儿部分组成，常有单端万向联牟f l 节驱动、皮 带驱动和滚轮驱动等o t | 1 驱动方式。 f _ l 气测量系统足r 衡机中的关键部件，其好土 i 直接影晌、f 衡机的性能。它的 王要功川足处理i | l 传感器水的f 毒0 ，盟示 i l l s ：了_ i ：1 ：、l ，衡撤所处的方位和人小。 山东人学硕上学位沦立 第2 章 平衡工艺、平衡精度及测试系统方案确定 2 1 飞轮动平衡机的结构及振动分析 2 1 1 飞轮动平衡机的结构原理介绍” 我们所j j 到的发动机b 轮动甲衡机的绌构如下图( 2 - ”所示f i i j 币i 我们简 单介绍过 通甲衡机1 i 要足f i f 机械振动系统，! 婀动系统和 l 气测尉系统等一i j 审缱zz 酾丰f ，3 臼面，槌裙漩1 = 件，5 丰袖：矗鼋惮厘； 1 ，俦蕊器，日联铀髂。9 徽盘5 翦同步带堆，u 洲遵螂l ( 图2 1 ) 大部件组成。机械振动系统是山固定e 轮的台面、弹簧杆和机架构成，当l s 轮， i 平衡时，会通过轴承传给轴承座弹簧系统一个周期力，轴承座产生强迫振动。驱 动系统是【 j 图r 1 ，左边的电动机带动带轮转动，带轮通过皮带传给右边的带轮，继 而将转矩通过联轴器传到主轴上去，电机转速为7 2 0 转分，经过带轮减速之后 约为4 0 0 转分。图小的传感器同定在机架上，用来测丰轴的振动信号，联轴器 下端也有一个带轮，以1 ：l 的传动比带动右边的测速电机转动，测速i 乜机提供 出重，j i t = 似参= = jf f i0 。 2 1 2 动平衡机的振动分析3 3 根抛l ：州的功、i t 衡机结构我们可以简化掰到如图( 2 - 1 ) 所示的简化模酗。 j 川一( o 为简化的工方向的系统模型，( b ) 为饷化的振动模型。 设转予质量为肘，轴承座、台丽等转予以外的山弹簧杆支承的质量( 称为 山东大学硕士学位论文 寄7 e 质量) 为肘。，弹簧朴的的弹簧系数为k ，系统k 【l 尼为c ，转予不平衡的大 小以零件质心偏离转轴的距离口表示，现考虑当转予以角速度国旋转时，则离 心- j 为m e a j 2 乱l x 五t l 讹 筏心) j 分j j 为 f = m e m 3c o s 耐( 2 - - 1 ) ，o ( a )( b ) ( 阁2 一f ) 渊控：旦。_ 2 ) j 3 翻j 1 4 m 则 k = 号= 南 ( z 叫) 令k = 2 km5 = m + m 。，脚；= k m ，f = c 2 m ，代入振动微分方程 化简。得到其通解为： 等删叫训 ( 煳) 陟鬻 ip i l i 东大学硕：j 二学位论文 ( 脚) = m f 2 8 1 m 、。 帅胁心籍 旷 m 膨 c s o l ：嬲备 髟 ；：缓 c n 如、 ，- id 订、 。珍岁一 ( 豳2 2 ) 幅频响应函数鳓沏) 表示振幅影随频率比埘蛾( 即转是i ! ) i y s 变化而变化的 放火系数。当转速增加时振幅随之听增加，临界转速时( 即甜砌。* 1 时) 达到柴 一峰值称为苁振峰。共振峰的高度+ j 阻尼系数的火小有关。然后振幅随转速之 增加f s - a s l 4 、，蚁肝魍阳j 二一定倩( 镟心距口导) 。 m 相频响应函数妒) 表示强迫振动的滞后相角随转速之变化而变化的规律。 1 1 t 图可见，幅频及_ 辛| 1 频甬数均受阻尼系数值f 的影响。一般阻尼值越大共 振峰债越低当善= 0 7 时，共振峰消失。此外，当临界转速时，相角矿与阻尼 无关而为一常数万2 ，闲此现一个节点。当转予超临界转速运行时与低临界 d l 求人学顾i ? 学位论文 转速时斗1 i 比，e 丰角趋j 二丰反。 构成、f 衡机的振动系统j c 阿【尼一般醴计的很小! i i ! i - 尼系数f 很小时f ： 述的图形如f = 0 0 5 所示。( 0 0 = 足m + 为该系统的故有频率，当c o , = 1 时 即产生其振现象。考虑f 衡机振动朐情况，蜘j 果利川接近彩纨= i 的i 爱域，“i 冈( 2 2 ) 可以霸f 1 ，尽1 ；灵敏度很黼f h 对f 微小的转速变化( 棚 ，。的变化) ，干 位和振幅揶会发m 急剧的改变，w 此t 作神；这一随域足4 i 通、叶的。所以，应该 选川甜 皑，( c o 3 ) ，或粥ic o 1 ，式( 2 - - 4 ) , f 一的叭尼很小可忽略4 ；计， 故订 j ：一坚p c o s 耐( 2 一i o )j = 一t p 删l z u j ， 叩振幅和质毓偏心成m 比。 在硬支承的情况下，因为 l ，式( 2 4 ) 可变为 j ：一善要8 列( 2 - c o s j 1 )j = 一_ _ 8 纠，j ， m ： 如果考虑到离心力f = 钯2 ，：= k m ，则有 工：善c o s 耐( 2 一- 1 2 ) 工。f 。0 5 耐 蚴 叩振幅和离一f i , 力成j f 比。软支承甲衡机随蒋转了质景的不同，振幅也不同 如而硬支承动甲衡机，f 不随寄，卜质景的改变而使得灵敏度下降。 另外，根 l 以f ：振动分析，我们还可以衙“ 转了习：i p 衡朐振幼特弧： 1 频：簪特 _ 1 1 i 振动的激振频率为单一的旋转频率( 即丁：作频率) ，而九其他倍频成分。 2 丰u 位特 j 1 ! 在一作频率i - 十i i 能稳定。 3 青速跟踪特征 祚i j 述情况卜- ，转予腑动时，振幅随转速的增大而增夫，临界转速时：l 现 最人峰值( 煎振峰) 。超过临界转速时振幅逐渐减小而趋向于一定债即p 等。 l u 拳天手坝二c 罕他啦义 2 2 不平衡的表达方式 设有一个偏心簿圆形转予，质最为m 重心为 f ，转轴为0 ，偏心跖为州= p ，如阁( 2 - - i ) 所 示。当转予以等角速度脚绕定轴旋转时，将产牛 离心惯性力f ，f = m e a j 2 。这必然引起轴承的动 压力，这个转了足爿i i f 衡的。闭为，? 随转速珊2 变 化，而转子的不平衡仅是与转子本身质量分布有 关的一个物理最，不应随外界因素即转速而变化。 所以，用惯性力的人小表示转予的不- 甲衡量大小 不合适。 ( 图2 一1 ) 显然，如果要下衡这个转了，只需在o c j 的反而距轴。为，处加f ：质疑m m e 0 2 = 脚国2 或 m e = m r r i _ li ：式可知，m e 代表转予不一f 衡最，只要在重心的反而离转轴r 处：i i 1 ：质 量m ，转子便可达到平衡。其中r 和聊成反比关系，即，越大则m 应越小，所以， 一般就用二，：者的乘积来表示转予的不平衡最，称为重径积。 通常对转了进行校旷甲衡肘，都足采用重狰积表示不甲衡盛，非常拜观， 操作也很方便；但是，如果需要知道转子不平衡的程度( 如振动情况) 时，重 径积就不能衡量。如有质量大小不等的两个转予，设其不平衡量相等，即重径 职村l 等， ! j j e 1 i 、r 衡程度却4 i 干| i h 。如一个质量为l or 兜的转了仃5 0 兜- 售米 的小、f 衡量刺另外一个质量为1 0 0 下兜的转了有5 0 0 克毫米的0 i 、| ，衡量，二二崩 不平衡量相差十倍，但其不平衡程度是和同的。 我们义采川另一种方式叩川小、i ，衡率柬表示转了1 ix c 衡程度一单位重鼠的 不平衡量。得转予的偏心距为p = 兰 m 刘十上述心盘形转了，偏心距司咀理解为4 i 、| ，衡率，其所表达的小、| ，衡量 程度年转了亘懿尤灭，足个绝对照，i n 重径秘表达的，1 i 、| ，衡程度年转了重! ；1 ： 有关，足个相对景。不平衡牢e 常用单位譬m m 坛或，册。 通常对一般转了校止，卜衡，不甲衡量j 1 重径积表示较好，衡量一个转了，f ， 衡的优劣或衡量：动r 衡机的检测精度，则j i j 不i i ，衡牢表示较女 _ ，可以直接进行 比较。 我们谯测试动、l ，衡时足以重径积表示的，这样要方便一些。凶为将式( 2 1 ) 代入式( 2 - 5 ) 就可以得到下式： 山东人学顺：j ：学化论义 蕊 _ m rc o s ( r o t 一口1 m 从_ i ：式我们可以肴；_ l jr 为一定值时，振动系统振动位移和偏心质照成诬 比关系，币f 这真足我们以后腰u 到的结论。 2 3 校正方法 不甲衡的儿体校l i ! 方法有两利，：1 ) 在刁i p 衡轻点方向附_ j j l l 质帚：2 ) 订i 不 甲衡的重点方向除去质犀。不论采用何种方法，神掖正时都不成损坏转予性能， f i ：且要粟川适合转了绌i 构的禽理方法，同时校j l i 跌差应该小，为施行所作的准 备及授j l ! 操作鹰该简单儿n 仃岛的效率。两刊t 校i l ! 方法的归纳如j 、衷j 衍示： 在刁i f 衡轻点方向附加质最的方法从重点方向除去质量的方法 】焊接：2 锡接；3 铆接：1 铝5 肖0 ：2 镗j j 0 ：3 廓岿0 ： 4 螺钉；5 专川；6 专用重块4 錾削：5 铣 i i l j 注意：校正时不破坏转了的性能；采用适合- l 二转予结构的合理方法，以减 少校正误差：包括校正的准备工作在内，操作要简单且效率高。 由于我们的动平衡机的主要平衡对象是薄劂形飞轮转子，动甲衡机是通过 比较常用的通过对被一l ，衡工件左重而达到一l 衡翻的的，出重使川万向摇臂钻床 钻削，对现有的1 毛轮柯水p 方阳或垂直方向钻孔占重。采用钻削校正典有以f 特点：( i ) 有利于e 轮可靠运转，l = i i l 为b 轮工作在i 弼速运转状态下，通过加重的 方式可能会使被加质量意外e 出造成事故；( 2 ) 去重很方便。 2 4 转予的平衡精度及平衡等级1 n 前闲内麟小i ：部采用“最小检测聒”作为动甲衡机的“梢度”指标。最 小检测瞪指对柴重艟的校验转了试验机所能检测的最小偏心距。i l t 衡柑度也 许：称；，l ：川1 i “t 衡量，可川重径积g r ( g m m ) 、偏心距e ( m n ) = 手i i 、| ，衡精度级 g ( m m s ) 表示。亟径积川柬表示j i 休给定n 蟾体的，1 i 、l ，衡录，便j 、i ，衡操作。 偏心距用来衡量回转体平衡程度和动平衡机检测精度，便于南接比较。转予的 剩余不平衡最越小，则转了甲衡的就越好然而相等的不、r 衡景对于质最 i i i 球人中坝l j 学位沦义 不川的转了，、转了以样的转迷旋转时，所产生的1 i 良影响足4 i 州的，转了 的质量越人其不良影响就越小，换句话说，转了舶质量越人，则诈刖| i 、p 衡量 f ，也越大，也就是许用不甲衡最( ，与转予质最有关，而我们卉：评价这个转 予平衡的优劣程度时。希望用一个与转子质最m 凭荚的鼹，嗣此引起v i ：1 1 】坷；甲 衡度的概念，许用一；- i ，衡度足转了单位质甄的矾：_ 1 i j 不s ，衡”量，即 ， e f ，= 二芋( g m r l l 豫) 转了的 1 j l j 不、，衡度等，二转了的竹川偏心距。不。r 衡对转了所产f i 的刁i 良 影响b 转了 转速有关，转了的转速越商，在所产生的不良影响也越人。转了1 ； - f 衡离心力j 转速珊的、r 方成l e 比，但足，对于几何相似的转了，在相等的圆 周速度f 旋转l | 寸，如果使转了及e 史承侄1 i 、l ，衡离心力的作川f ，j l 钉榭等的 应力时，在应j l 自棚等的e ( o 值。i 叫时考虑到对于在通常速度1 ：运行的旋转机械， 只要振动速度相同，人对于振动的感觉也是相同的。因此可用乘积e g o 评价转子 的t 。p 衡丰；l i 度和划分耥度等级。际标礁化纽织所f 6 6 定的“刚性转产、f 衡耥度” 标准上如1 9 4 0 ，就是以e 0 3 划分精度等级的。我国制定肟“刚性转予平衡精度” i 冒家标准，我幽仪器仪表专业标推z b y 0 3 3 8 2 “试验机名词术语”和吲家标准 “平衡词 i ：”中，都明确地给出了转子平衡精度等级的定义公式，即g 。斋蔷 ( ；足转了静小、p 衡状态时，转了重心的线速度。很明盟，如果转了重心的 线速度越人，则转了的振动也越强烈。7 f j g 值作为评价转了的指标是合适的。 如果确定r 转予的一f 衡精度等级，就可以计算 转予的许用不5 p 衡度e 。， 对于给定的m 的转了，则转予的许j 仃不5 r 衡量c ，山下式求出，= m e ， 同际标河t 化组织在制定刚性转予甲衡精度标准劢1 9 4 0 时，把( 1 值划分为 1 l 级，g 值范围从0 1 6 到4 0 0 0 m m s ，公比为2 5 ，j ：以g 的i ：限命名。l h 高 到低，f 衡楷度等级分为：( ；0 4 ，gl ，g1 2 5 ，g 6 3 。g1 6 ，g4 0 ，g1 0 0 g2 5 0 ，g6 3 0 ，g1 6 0 0 ，g4 0 0 0 十一级作为确定刚性转子平衡品质的参考。 2 5 飞轮动平衡测试系统方案的确定 = i ! ：i ：一定丁作频率下振动位移照i - j 偏心质睦引起的1 ；s p 衡力足成正比的，所 以测得位移量就可以州接知道小3 1 ，衡力的人小。鼓风机厂本来l 二经囱j 一个通 j 1 j 型、p 衡机，多年的运行他似有些部什的 肯j 立仃所i - 1 峁，从i f l j 会功i ，衡机的小 i ij 尔人学硕：i j 学位沦义 蔓曼曼舅舅寰曼皇鼍皇蔓曼曼i 一i 一 i 曼| 曩 身就存在j 艇人的小、 ，衡。如1 ：轴史承轴承的梢度f _ _ 降会直接使 - a ：t l l 回转精度t - 降，l 乜动机通过皮带带动传动列 ，”传动剿f 史承车| j 承小对 ，时会使传动轴产生 振动，这个振动也会通过连轴器传到。卜轴i ：去。另外从联轴器这方而来说，如 果联轴 本身已经0 i ，l 衡或竹安装的， i 够好，这个1 ：r 衡出会影响】 a ：l l l 的振动。 再从原甲衡机测髓系统来看，原有的测试系统采1 ：i 的足光点矢疑瓦特汁测鲢系 统，千采f f l 模拟 “蹄，测得不平衡景的误茅也比较大。传感器用的是质喂较 大的接触式速度传感器，灵敏度本身就较低，们即使j l 】i 吝个灵敏度很低的传感 器我们观察得到的信叼涨然很复杂。 为了改斡原动、r 衡机测试丰i l i 嫂太低的状况，满足飞轮动、r 衡高 m 蔓的暖求， 我们重新为该动、 ，衡机定制新的测试系统方案如i - 罔( 2 2 ) 所示。 信 t 1 0 预 处 琊 f u 路 ( 陶2 2 ) 新方案的总体思想足将原有的模拟测试系统改为数宁化测试系统，我们知 道传感器测得的则足一个振幅j j 不j i 衡最成l f 比、频牢与f i 彳| f | 同颜的i l ：弦信号， 测速咆机的信呼足j 传感器信号同频的正弦信呼，它们的相似差闻定。对采得 的两路信号分别做频谱分析，可咀分别得到幅偾和相位角，通过求得的传感器 信t 的幅值，可以纵亟人小信息，通过传感器信哆，f 测速i u 秽l 倍i j 的耳1 i 他磬 可以得到七重的位蹬信息。 2 6 本章小结 术章足五墼妒整个测试系统起来的坪论基础，通过对。1 毛轮动甲衡机结构原理 及其动j 学模弛进行分析得m 飞轮动- t r 衡机振动系统振幅和不甲衡最顶嘬成 正比的关系，通过对4 i 甲衡的几蒯，表达方式的介绍，得h j 偏心质量在牛径一定 的情况下j 振动系统的振幅成正比关系，结合厂方现有动t r 衡机及其_ 甲衡t 艺 提功、l 衡测试方案。 山尔人+ 7 ：坝i 7 ：1 儿比义 第3 章飞轮动平衡机测试原理 3 1 基于动平衡系统误差修：的测试原理 前而讲过我们的动甲衡机经过多年的运行整体精度有所下降，小身的，1 ：甲 衡景比较大，冈此引起动甲衡机的振动系统的振动的因素不仅仅有转了的不平 衡，还莉i 系统i i f 衡有关，传感器测到的信呼就是这两个因素作用f 振动系统 振动的合成的结果。很显然如果我们不考虑功平衡机本身的不f ，衡覆，商接将 b 轮放m1 嘶进行、j ，狮上巫，则坶个、| ，衡之后的b 轮实际- j ：可能足， i 介捕的， 崩为返时足把一个午u 对乜轮来说比较人的系统，1 i 、r 衡量当作1 毛轮的卜、i ，衡最太 掉_ 。 如右图( 3 一1 ) 所示，传感器信号代表的足系 统4 ；平衡最和飞轮不- 甲衡最两个矢蕊的合欠鼹， 而需要上拌的只足飞轮的不i ，衡，冈此如果能将 系统小平衡量这个分矢量测出来，那么匕轮的1 i 平衡最也就m 来了。 合欠毓可以通过传感器n 接测，可以川一 个值r 和一个相角去表征，在没有人为干扰的条 仆f 系统小、f 衡”! i t 般是一个固定1 i 变的久赋。 恻此测f 谴系统小、i ，衡鲢的方泄、的如坏a 接岛! ；响乜 轮的动平衡精度。 3 2 动平衡校准 “氡潞 动；f 衡机的机械系统的参节随莆时问改变是存改变的，再加i ：一些人为冈 素，这些人为因素主要是对动平衡机的维护，如动平衡机内